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颠覆你的想象 氢气还能这样制取!

北极星氢能网 来源:第一元素  作者:刘涛  2019/8/29 15:53:58 我要投稿

北极星氢能网讯:制氢方法众多,挪威的一个科学家小组找到了一种方法,利用热的优势,从蒸汽中生产氢气,而不是从传统的液态水中生产氢气。

氢能产业链涉及的产业环节众多且分工明确,如果要说哪个环节是氢能产业链中的关键环节,根据各个国家氢能产业发展成熟度的不同,关键环节不尽相同。

但是任何产业,上游永远都是产业发展的起点,如果没有氢气,氢能产业可以说是 “无源之水,无本之木”。

制氢方法众多,除了熟知的煤制氢、化工副产氢、电解水制氢。

挪威的一个科学家小组最近研究出一种新的氢气制取方法,利用热的优势,从蒸汽中生产氢气,而不是从传统的液态水中生产氢,而且重要的是,这种制氢技术可能成本更低。

当前,由于氢能在全球能源领域中尚属于一种新型能源,在所有国家的能源产业中,氢能产业的发展都处于初期,因此成本高是很显然的事实,每个国家均在不断加大科技创新来降低氢能产业链各个环节的成本,氢气本身成本的降低是关键之一。

一种可能更便宜的制氢方法

作为二次能源,氢气的制取目前主流且相对较为成熟的方法有煤制氢、天然气制氢等化石燃料制氢,化工工业副产氢以及电解水制氢。

氢气成本的降低对于当前氢能产业的发展至关重要。

近日,挪威科学家研究出一种新的氢燃料生产方法:用蒸汽生产氢气。这种技术的关键是工艺中的材料,挪威科学家已经开发出一种新材料,可以使氢的生产更具成本效益。

热比电便宜。挪威的一个科学家小组找到了一种方法,利用热的优势,从蒸汽中生产氢气,而不是从传统的液态水中生产氢气。

为了达到这个目的,他们需要使用一种材料,当蒸汽达到600摄氏度时,这种材料能够承受极端的高温,因此科学家们创造了一种材料,代号为BGLC。

该工艺技术还有一点区别于传统液态水电解获取氢气的优势,不需要成本高昂的贵金属铂作为催化剂。

这些昂贵的贵金属,如铂,需要使用在低温电解槽中,以提高水裂变的效率。

“在更高的温度下工作提供了额外的好处,”SINTDF工业公司的研究科学家Einar Vllestad说。“你不必再使用贵金属,当从蒸汽中生产氢时,不需要这些材料来完成反应,因为这种方法涉及更高的温度和更大的催化活性。”

当然,这种方法的问题在于需要找到能够承受蒸汽达到600摄氏度时所产生的严格要求的材料。这是Vllelstad和他的同事、奥斯陆大学材料科学和纳米技术中心的博士后学生Ragnar Strandbakke试图克服的挑战。

科学家们首先列出了120种他们认为可能适用于这种方法的材料。最终,他们决定选择了一种他们认为最有效的材料,并调整其化学成分以提高其效率。

他们所选择的这种材料包含了钡、镧、钆、钴和氧这些元素,因此他们把这种材料命名为BGLC。

下一步:工业化应用

一种技术真正成熟的标志是可以实现工业化和商业化,只能在实验室发挥效用没有实际意义。

一般一种新型技术成功工业化的步骤是:前期研究——实验阶段小型实验成功——实验阶段中试实验成功——半工业化成功——工业化成功应用。

之前提到的几种制氢技术均已经实现了工业化应用,但是这些方法制取的氢气在当前氢能产业的应用中都各自存在一些缺陷。

说到氢的应用这里就必须说到一个重要的名词:燃料电池。

燃料电池是氢能最为关键的应用环节,氢气或者以其它形式存在的氢燃料通过燃料电池作用后会产生电能,电能又是最基础也是未来能源应用中最广泛的形式。

当前各个国家在能源战略中对未来氢能的利用基本都会通过燃料电池作用产生电能的方式来应用。因此可以说,氢能产业的先行领域应该叫做氢燃料电池产业。

燃料电池本身成本高,导致了整个氢燃料电池产业当前成本居高不下,而且对氢燃料的要求极高,对氢燃料的纯度以及杂质含量均有严格要求,否则会影响到燃料电池的寿命,从而进一步提高了产业成本。

化石燃料制氢技术虽然较为成熟,但是在制氢过程中伴随有碳排放,在当前全球降低碳排放的要求下,需要外加碳捕捉或封存的工艺环节,碳捕捉封存技术还不成熟。

化工工业副产氢虽然成本低,但是氢气纯度不够,更关键的是化工副产氢气中杂质含量高,会降低燃料电池寿命,需要进行额外的除杂和提纯。

电解水制氢产生的氢气纯度很高,杂质含量极低,但是电解工艺电耗高,而且电解催化剂铂金属较为贵重,因此该方法技术成本较高。

据国外媒体报道,研究人员正在努力提高这种新型制取氢气方法的氢气比例,实际上就是在实现这种技术的工业化应用。

随着氢能产业的不断成熟,其规模必将不断的增大,因此氢气需求量将会呈指数级增长,必须使此种新型的制氢技术能够规模化,产生足够工业级应用的氢气,研究院人员们正在想办法如何将其应用于工业中,这将是此项目的下一个重要阶段。

前面提到,此种新型制氢技术可以避免使用贵金属从而降低成本。

除此之外,同为电解种类的技术,相对于液态水电解,此技术还有一项特别有益的优点,通过此种技术生产出的氢气处于完全干燥的状态。

目前,所有电解过程产生的氢气都会被水或其他分子污染,因此电解所产生的氢气在加压和储存之前,必须将其从蒸气中分离出来,因此增加了额外的工艺流程。

此项技术如果能真正的工业化,那么将使氢能产业向前推动一大步。

此新型制氢技术的研究结果发表在《自然材料》上,《自然材料》属于《自然》杂志,发表材料科学和工程各领域的最佳研究成果。

《自然》杂志1869年创刊于英国,是世界上最早的国际性科技期刊,涵盖生命科学、自然科学、临床医学、物理化学等领域。自成立以来,始终如一地报道和评论全球科技领域里最重要的突破,影响因子40.137。

在全球,与美国的《科学》杂志共同为当今科学界最为权威的学术刊物。

原标题:颠覆你的想象,氢气还能这样制取!

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